基于5G网络与云计算构建MR云的分析.pdf

121总第245期/2023/12/学人问津基于 5G 网络与云计算构建 MR 云的分析马 瑾（贵州电子商务职业技术学院，贵州 贵阳 551400）摘要：该文主要对当今 5G 网络技术和云计算技术支持下的混合现实技术 Mixed Reality（MR）云构建进行分析。包括 5G 网络与云计算以及 MR 技术概述、MR 云及其应用方向、MR 云在 5G 网络和云计算条件下的构建策略。希望通过本次分析，可以为 5G网络以及云计算支持下的 MR 云构建研究提供一定参考，从而满足 MR 云平台的合理构建及其应用需求。关键词：5G 网络技术；云计算技术；MR 云平台；基本架构设计；平台层级构建随着现代科学技术的发展，基于 5G 网络以及云计算技术的 MR 混合现实平台构建也受到了社会各界的广泛关注。为实现此类平台的合理构建，研究者和技术人员首先需要对 5G 网络、云计算以及 MR 技术做到充分了解，以此为依据，对 MR云的基本组成及其工作原理进行研究，之后再结合 MR 云平台的实际应用需求，完成其基本架构与各个组成层级的构建。一、5G 网络与云计算以及 MR 技术概述（一）5G 网络技术5G 网络技术又叫作第五代移动通信网络技术，它是在 4G网络技术基础上升级发展而来的新型移动通信网络技术。相比较传统 4G 网络而言，其传输速度可提升 10 倍及以上，且具有更大的带宽、更低的时延以及更高的安全性。凭借这些优势，5G 网络技术在现代各行各业的网络通信中得到了广泛应用，同时也为其他先进技术的应用和发展提供了有力支持。（二）云计算技术云计算技术属于分布式计算技术中的一个重要组成部分，其主要工作原理是借助网络云对巨大数据进行计算处理，从而将大程序划分成若干个小程序，之后再采用多台服务器所组成的系统对这些小程序进行处理和分析，并将最终获得的结果反馈给用户，从而以最快的速度为用户提供满足其实际搜索需求的网络信息资源，最大限度节约其网络信息搜索和获取的时间。同时，云计算技术也可以根据用户的实际需求为其提供个性化服务，全面提升现代网络通信用户的应用体验。（三）MR 技术MR 技术又叫作混合现实技术，其基本原理是自然地将虚拟场景和真实场景融合到一起，使用户在与虚拟场景交互的过程中获得足够真实的应用体验1。就目前的 MR 技术而言，其主要支持技术包括裸眼现实技术、虚拟画面技术以及数字信息技术等。同时，此项技术大多借助微软翰林汇（Hololens）软件来实现。通过这些现代新技术的良好结合，可实现虚拟场景和现实环境之间的完美融合，从而为用户带来足够真实的沉浸式虚拟现实交互体验。二、MR 云及其应用方向分析（一）基本组成MR 云平台也叫作虚拟现实平台，其主要的组成部分包括摄像头、MR 设备、MR 系统以及远程协调应用等。通过这些组成部分的协调配合，可实现现实场景与虚拟仿真场景之间的良好融合，为用户的交互操作提供足够便利，并使其在交互操作的过程中获得足够真实、丰富的应用体验。表 1 为 MR 云平台的基本组成情况。在 MR 云平台中，各个主要组成部分及其功能情况如下：其一，借助摄像头对真实世界中的信息进行采集，并借助传感器对用户实际的交互信息进行获取。其二，借助 MR 设备中的数据缓存器来储存相应的数据信息，并借助云计算技术中的各种算法来实现真实场景到数字化信息的合理转化。其三，借助MR 系统对相应的交互信息进行接收，并根据接收到的交互信息来完成响应策略匹配，之后再从系统内部实现虚拟场景信息的科学获取。其四，借助云计算技术中的各种算法，MR 设备可及时、有效地完成真实场景和虚拟场景以及数字交互信息之间的融合计算。其五，对于云计算处理之后的信息，MR 设备表 1 MR 云平台的基本组成情况序号模块组成1外部真实场景、真实操作、用户2MR 设备摄像头、传感器、显示器3MR 系统交互系统、资源库、远程协助模块122/总第245期/2023/12学人问津显示组件会将其成像输出。（二）工作原理在具体的混合现实交互过程中，MR 云平台的主要工作原理包括以下几方面：其一，在真实场景中，通过 MR 眼镜里配备的高清视频采样组件，可对真实的环境和设备等信息进行实时获取；而通过交互识别摄像头，则可以对用户发出的交互手势及其相关视频信息进行识别，并将其缓存到 MR 系统里。其二，MR 计算模块可分别进行真实场景和交互信息之间的数字化转换。其三，通过合理的交互策略，MR 设备可将各类交互信息实时传输给 MR 系统，实现各类服务响应策略的获取，或实现各类远程支撑的调动。其四，在接收到 MR 设备的服务请求之后，MR 系统会将响应策略的交互信息以及虚拟场景及时回传给MR 设备。其五，MR 设备中的计算模块会对虚拟场景、真实场景和交互信息实时融合计算，并将最终的计算结果以图像的形式呈现在 MR 眼镜显示屏上。其六，在 MR 显示成像的过程中，该平台会采用真实场景与带有标识颜色的虚拟场景相融合的形式将一个混合场景更加直观地呈现给用户，并为其提供虚拟化的操作引导，从而为用户与平台之间的交互提供足够便利2。（三）应用方向在当今社会中，MR 云平台的应用方向有很多。其中最为主要的应用方向包括以下几个：其一，教育领域。通过现实场景和虚拟物体之间的有机融合，可以帮助学生对相关知识和概念做到更加深入的理解，比如人体解剖混合现实模型的构建。其二，医疗领域。通过该平台的应用，可使医生的手术和其他治疗更加精准，比如采用虚拟手术模型来实施手术模拟和演练。其三，工业领域。通过混合现实平台可使生产任务更加高效地完成，比如工业生产工艺流程的混合现实模拟。其四，娱乐领域。通过混合现实平台为用户带来更加生动、丰富的游戏体验，比如让玩家在现实场景里和虚拟物体交互。其五，旅游领域。通过混合现实平台为游客提供更加生动、丰富的旅游体验，比如在现实场景中融入虚拟化的名胜古迹或历史文物等，以此来增强游客体验。其六，广告领域。混合现实平台可更加直观、生动地展示广告效果，比如将广告产品虚拟形象引入现实场景中，从而向消费者更加直观地展示产品信息。三、MR 云在 5G 网络和云计算条件下的构建策略（一）MR 云平台基本架构设计在基于 5G 网络技术和云计算技术的 MR 云平台构建中，其基本的组成架构有四层。第一是终端层，包括手机、平板电脑、摄像设备、显示设备等智能终端。第二是数据层，包括真实场景信息、用户交互信息、MR 媒体信息等。第三是计算层，包括真实场景数字化转换计算、虚拟场景与真实场景融合计算、虚拟交互操作引导数字化信息、全场景信息实时融合计算等。第四是资源层，包括产品信息库、服务资源库、交互响应策略、案例资源库以及远程支撑等。表 2 是基于 5G 网络与云计算技术的 MR 云平台基本组成。（二）MR 云平台终端层构建在构建 MR 云平台的终端层时，设计者可将其划分为两部分，其一是应用终端，其二是管理终端。对于应用终端，具体构建时，设计者应将 MR 眼镜等专用MR 设备以及手机应用程序等用作接触媒介，借助传感器来实现真实场景和真实设备信息的获取，包括声音信息以及影像信息等，并将获取到的真实场景或设备信息上传到 MR 云端。在此过程中，设计者也应该将显示组件设置在应用终端，接收MR 云端传输来的混合现实图像数据，并将其以可视化的形式实时呈现给用户。对于管理终端，具体构建时，设计者应将 PC 端作为主要支持设备，借助管理终端云桌面来配置 MR 云平台，并做好MR 云平台中的资源维护以及信息识别训练等工作3。通过这样的方式，为后续的 MR 云平台管理工作提供足够的技术与设备支持。（三）MR 云平台数据层构建就目前的 MR 云平台来看，在基于 5G 网络以及云计算技术对其数据层进行构建时，设计者可按照信息传输以及信息缓存这两个部分进行划分，并结合该平台对于数据层的实际应用需求，通过以下措施来完成数据层的构建：首先是数据传输部分的构建。在此过程中，设计者需要将5G-MR 专用切片设置到数据层内，为媒体信息的上传和下载提供有力支持。在媒体信息上传时，5G-MR 专用切片会将应用终端摄影设备获取到的真实场景信息以及用户交互信息等实时上传到 MR 云系统。在媒体信息下载时，5G-MR 专用切片会根据交互用户的操作请求，将 MR 云系统中的 MR 媒体信息实时传输给应用终端，并在用户终端实现实时播放。其次是信息缓存部分的构建。在此过程中，设计者应结合平台实际的应用需求，选择合理的信息中间件，并将其设置在平台数据层里，为 MR 云平台中的媒体信息缓存提供支持。借助信息中间件，可对该平台接收到的真实场景信息、MR 媒体信息以及用户交互操作信息等进行全面缓存，以此来满足用户的实际应用需求，并为该平台的运维管理工作提供有力的技术和数据支持。（四）MR 云平台计算层构建对于 5G 网络与云计算技术支持下的 MR 云平台而言，计算层在其中属于最为核心的一个组成部分。就目前来看，在 5G网络和云计算技术条件下，MR 云平台中的计算层主要应用功能需求是，其一数字化真实场景转换计算，其二真实场景和虚表 2 基于 5G 网络与云计算技术的 MR 云平台基本组成序号层级基本组成1终端层手机、平板电脑、摄像+显示+网络智能终端等2数据层（5G-MR 专用切片）真实场景信息、用户交互信息、MR 整体信息等3计算层真实场景数字化转换计算、虚拟场景与真实场景融合计算、虚拟交互操作引导数字化信息、全场景信息实时融合计算等4资源层产品信息库、交互响应策略、服务资源库、案例资源库、远程支撑等123总第245期/2023/12/学人问津拟场景之间的混合计算，其三数字化模拟交互转换计算，其四实时化全场景信息融合计算。在具体的 MR 云平台构建过程中，上述计算主要借助于云计算技术来实现。为满足该平台计算层中的四种主要功能需求，在具体的平台构建时，设计者应将现代先进的云计算技术作为支持，通过以下策略来完成计算层的构建：首先是数字化真实场景转换计算。在此过程中，设计者可按照增强现实技术（Augmented Reality，AR）中的场景计算模式，采用云计算技术对真实场景进行数字化转换处理。主要措施是结合实际情况，选择合理的云计算技术对摄像设备获取到的真实场景模拟信号实施数字化转换计算处理，使其转变为数字化信息形式，之后再对其产品、设备以及背景数据等关键信息做好标识。其次是真实场景和虚拟场景之间的混合计算。在此过程中，设计者可将关键信息标识作为依据，通过云计算技术对产品数据、背景信息以及用户交互动作等的各项数据进行分组处理，并分别将其和资源层里的虚拟场景信息共同进行融合计算或叠加计算处理。通过这样的方式，便可实现混合场景的初始化输出。再次是数字化模拟交互转换计算。在此过程中，设计者需要根据用户的实际操作请求，通过云计算技术对交互策略、远程专业指导以及操作指导等各类信息实施数字化的转换处理，并将其以交互式模拟数字信息的形式输出。最后是实时化全场景信息融合计算。在此过程中，设计者需要采用云计算技术对混合场景的初始化结果以及交互式模拟数字信息进行融合处理，最终将其合并为视频形式的融合场景信息，也就是 MR 媒体信息。之后再借助 5G 网络技术将其实时传输给应用终端，并在应用终端实现融合场景视频信息的实时播放4。（五）MR 云平台资源层构建在基于 5G 网络技术和云计算技术的 MR 云平台资源层构建时，设计者可按照产品、案例、资源信息库、交互响应策略以及远程支撑组件来进行资源层划分，并通过以下策略完成资源层构建：第一是产品信息库构建。在此过程中，设计者可将应用企业中的产品信息设置在其中，并对产品信号、产品标识以及其他产品说明信息等做好记录。第二是案例资源库构建。在此过程中，设计者需要将产品相关的说明书、使用方法或流程以及故障排查指引案例以数字资源的形式储存在该资源库里。第三是服务资源库构建。在此过程中，设计者需要将用户的实际应用需求及其交互操作作为依据，将与之相匹配的索引信息表建立在该资源库里，从而实现用户实际应用需求与产品设备案例资源之间映射关系的良好构建。第四是交互响应策略构建。在此过程中，设计者需要将该平台的实际应用需求作为依据，以服务资源库映射结果的形式在案例资源库里进行用户行为动作的获取，并根据其具体的反应动作来输出与之相适应的数字资源交互策略信息，同时应结合实际情况做好交互响应训练。第五是远程支撑组件构建。在此过程中，设计者需要通过该组件在 MR 系统和工程师之间建立起联系，从而为工程师的远程指导和视频协作等提供支持。四、结语在现代 MR 云平台的构建及其应用中，5G 网络技术与云计算技术都发挥着不可或缺的应用优势。基于此，研究者与设计人员应将这两种先进技术作为基础，结合实际需求，对 MR 云平台加以科学构建。这样才可以使其得到良好应用，为用户带来更好的应用体验。参考文献：1 李晓斌，付丽红，叶绍波，邱述金，亢石磊，张淑娟.基于 MR 混合现实技术的农业工程类课程网络互动平台构建以“拖拉机汽车学”为例 J.现代农机，2023（4）：95-97.2 罗印祥，戴洁，孙翊馨.基于 MR+5G 技术的跨域服务协同示教平台的应用研究 J.信息与电脑（理论版），2023（7）：202-204.3冯博，杨浩坤，杨翠蕾.基于MR混合现实技术的轨道交通车辆检修仿真平台研究与实现J.石家庄铁路职业技术学院学报，2022（2）：48-52.4 邓颖欣.基于自动化 MR 分析构建预测伴海马硬化内侧颞叶癫痫的列线图模型 D.南昌：南昌大学，2023.作者简介：马瑾，女，河北邢台人，本科，讲师，研究方向：计算机应用和大数据技术。